KR101318174B1 - 서셉터 및 이를 구비하는 화학기상증착장치 - Google Patents

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Abstract

화학기상증착용 서셉터 및 이를 구비하는 화학기상증착장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착용 서셉터는, 피처리 기판을 지지하고 가열하는 서셉터 본체; 서셉터 본체의 하부에 수용되며, 외부 전력의 공급에 의해 발열하는 코일히터; 및 코일히터 상부의 서셉터 본체에 수용되며, 코일히터로부터 전달되는 열을 흡수하여 발열하는 열전달부재를 포함한다.

Description

서셉터 및 이를 구비하는 화학기상증착장치{Susceptor and apparatus for CVD including the same}
본 발명은, 화학기상증착용 서셉터 및 이를 구비하는 화학기상증착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 서셉터 표면의 온도 균일도가 향상된 화학기상증착용 서셉터 및 이를 구비하는 화학기상증착장치에 관한 것이다.
LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등의 평판표시소자(FPD, Flat Panel Display)는 여러 가지 공정을 거쳐 제조되는데, 이러한 제조 공정에는 기판에 소정의 박막을 형성시키는 박막증착공정이 포함된다.
박막증착공정에 사용되는 장치의 하나인 화학기상증착장치(CVD)는, 진공으로 이루어진 챔버 내에서 가열된 기판에 증기압이 높은 반응가스를 보내어 그 반응가스의 막을 기판에 성장시키도록 하는 장치이다.
이러한 화학기상증착장치의 챔버 내에는 기판을 지지하기 위한 서셉터가 설치되는데, 서셉터는 상부면에 안착되는 기판에 열을 전달하기 위해 내부에 히터를 구비하게 된다. 이에 서셉터의 상면으로 기판이 로딩되면 서셉터가 대략 400℃ 정도의 온도로 가열된다.
이때 기판에 증착되는 박막의 증착율은 서셉터에 의해 가열되는 기판의 온도에 크게 영향을 받는다. 예를 들어 같은 조건으로 막을 증착하더라도 기판의 온도가 높은 곳에 증착되는 막의 두께는 온도가 낮은 곳에서 증착되는 막의 두께보다 두껍다.
따라서 기판을 가열하는 서셉터 상면의 온도가 균일하지 못하면 기판의 온도편차가 발생하여 CVD 박막의 두께 균일도가 저하되는 문제가 발생한다.
또한, 기판을 가열하는 서셉터의 국부 영역에서 온도편차가 심하게 되면 생산제품의 막질이나 표면 색깔이 변하는 현상도 발생하게 된다.
특히, 최근과 같이 기판이 대형화될수록 기판을 가열하는 서셉터의 온도 편차가 심하기 발생하는 경항이 있어, 이를 개선하기 위한 방안이 필요한 실정이다.
[문헌 1] KR 2008-0026262 A 2008.3.25 [문헌 2] KR 2009-0056536 A 2009.6.3
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 기판을 가열하는 서셉터 표면의 온도 균일도가 향상된 화학기상증착용 서셉터 및 이를 구비하는 화학기상증착장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 피처리 기판을 지지하고 가열하는 서셉터 본체; 상기 서셉터 본체의 하부에 수용되며, 외부 전력의 공급에 의해 발열하는 코일히터; 및 상기 코일히터 상부의 상기 서셉터 본체에 수용되며, 상기 코일히터로부터 전달되는 열을 흡수하여 발열하는 열전달부재를 포함하는 화학기상증착용 서셉터가 제공될 수 있다.
상기 열전달부재는 상기 코일히터의 라인패턴을 따라 직 상부에 마련되되, 상기 서셉터 본체에 비하여 열전달계수가 작은 재질의 금속판재로 마련될 수 있다.
상기 열전달부재는 상기 코일히터의 열과 열 사이의 상부에 마련되되, 상기 서셉터 본체에 비하여 열전달계수가 큰 재질의 금속판재로 마련될 수 있다.
상기 열전달부재는 상기 코일히터의 직 상부에 배치되어 상기 코일히터로부터 전달되는 열을 상기 서셉터 본체에 열복사를 통해 전달하는 복사홀로 마련될 수 있다.
상기 열전달부재는, 상기 코일히터의 직 상부에 배치되어 상기 코일히터로부터 전달되는 열을 상기 서셉터 본체에 열복사를 통해 전달하는 복사홀; 및 상기 복사홀 사이에 배치되며, 상기 서셉터 본체에 비하여 열전달계수가 큰 재질의 금속판재로 마련될 수 있다.
상기 코일히터는, 상기 서셉터 본체에 마련되는 매립홀에 삽입되는 코일히터; 상기 코일히터와 상기 매립홀 사이에 개재되어 상기 코일히터를 고정하는 인서트; 및 상기 인서트의 상부에 삽입되어 상기 인서트를 고정하는 인서트홀더를 포함할 수 있다.
상기 인서트는 상기 서셉터 본체에 비하여 열팽창계수가 큰 재질로 마련될 수 있다.
상기 코일히터와 상기 매립홀 사이의 간극에 삽입되는 분말을 더 포함하되, 상기 분말은 상기 서셉터 본체에 비하여 열전도도가 큰 재질로 마련될 수 있다.
상기 코일히터는 서로 높낮이가 다른 두 개의 코일히터 패턴으로 마련될 수 있다.
상기 두 개의 코일히터 패턴 중 높은 위치에 있는 상기 코일히터 패턴은 낮은 위치에 있는 상기 코일히터 패턴에 비하여 작은 전류량이 공급될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 피처리 기판에 대한 증착공정이 진행되는 챔버; 및 상기 챔버의 내부로 로딩되는 상기 기판을 지지하고 가열하는 서셉터를 포함하되, 상기 서셉터는 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 서셉터로 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 기판을 가열하는 서셉터 표면의 온도 균일도가 향상된 화학기상증착용 서셉터 및 이를 구비하는 화학기상증착장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화확기상증착장치의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화학기상증착용 서셉터의 개략적인 히팅 구조도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 화학기상증착용 서셉터의 개략적인 히팅 구조도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 화학기상증착용 서셉터의 개략적인 히팅 구조도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 화학기상증착용 서셉터의 개략적인 히팅 구조도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 화학기상증착용 서셉터의 개략적인 히팅 구조도이다.
도 7은 코일히터와 서셉터 본체의 결합 형태를 나타낸 구조도이다.
도 8은 코일히터 만이 구비된 서셉터 본체의 전열량을 나타내는 시뮬레이션 데이터이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 서셉터 본체의 전열량을 나타내는 시뮬레이션 데이터이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 서셉터 본체의 전열량을 나타내는 시뮬레이션 데이터이다.
도 11은 도 8 내지 도 10의 온도분포 곡선을 나타내는 시뮬레이션 데이터이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
설명에 앞서, 이하에서 사용되는 '기판'이라는 용어는 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 등의 평면디스플레이(Flat Display)용 기판을 의미하며, 대면적 기판은 8세대 이상에 적용되는 수준의 크기를 가리킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착장치의 전체 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 화학기상증착장치(1)는, 상부 및 하부 챔버(10, 20)와, 상부 챔버 내에 마련되어 상부 전극의 역할을 하는 전극(40)과, 하부 챔버(20) 내에 마련되어 기판(G)이 로딩(Loading)되는 서셉터(30)와, 서셉터(30)의 하부에서 서셉터(30)를 지지하는 서셉터지지대(33)를 포함한다.
이처럼 상부 및 하부 챔버(10, 20)가 한 몸체를 이루어 그 내부의 증착공간(S)에서 증착 공정이 진행될 때는 증착공간(S)이 진공 분위기로 유지될 수 있도록 증착공간(S)은 외부와 차폐된다.
도 1에 자세히 도시된 바와 같이, 상부 챔버(10)의 내부에는 횡 방향을 따라 전극(40)이 마련되어 있다. 전극(40)은, 하부 챔버(20)를 향한 전면에 배치되는 가스분배판(45)과, 가스분배판(45)과의 버퍼공간(B)을 사이에 두고 가스분배판(45)의 배후에 배치되는 후방플레이트(41)를 구비한다.
가스분배판(45)에는, 챔버(10, 20) 내에 형성되는 증착공간(S)으로 증착 공정을 위한 플라즈마 상태의 가스(gas)를 분배하는 다수의 오리피스(미도시)가 그 두께방향을 따라 형성되어 있다.
가스분배판(45)과 후방플레이트(41) 사이에는 현가지지부재(43)가 마련되어 있다. 현가지지부재(43)는 버퍼공간(B) 내의 증착물질이 외부로 누출되지 않도록 버퍼공간(B)을 차폐할 뿐만 아니라 가스분배판(45)을 후방플레이트(41)에 대해 현가 지지한다. 뿐만 아니라 현가지지부재(43)는 증착 공정 시 대략 200℃ 정도로 가열된 가스분배판(45)이 X축, Y축 및 Z축 방향 중 적어도 어느 한 방향으로 열팽창하는 것을 보상하는 역할도 겸한다.
후방플레이트(41)와 상부 챔버(10) 사이에는 후방플레이트(41)가 상부 챔버(10)의 외벽에 직접 접촉되어 통전되지 않도록 절연체(17)가 마련되어 있다. 절연체(17)는 테프론 등으로 제작될 수 있다. 후방플레이트(41)의 주변에는 상부 챔버(10)에 대해 후방플레이트(41)를 지지하는 플레이트지지부(미도시)가 더 구비되어 있다.
상부 챔버(10)의 상단에는 상판부(11)가 마련되어 있는데, 상판부(11)는 상부 챔버(10)의 상부를 덮는 역할을 할 뿐만 아니라 지지 플레이트(미도시)가 지지 및 결합되는 부분이 된다. 그리고 상부 챔버(10)의 외벽 일측에는 하부 챔버(20)의 측벽 두께와 상부 챔버(10)의 측벽 두께 차이를 보강하는 보강벽부(26)가 더 마련되어 있다.
지지 플레이트(미도시)에는, 그 상부에 공정 가스(gas)를 공급시키기 위한 가스공급부(15)와, 상부 챔버(10) 내에 결합되어 있는 후방플레이트(41)와 연결라인(14)에 의해 전기적으로 연결되어 있는 고주파 전원부(12)와, 가스공급부(15)와 가스유입관(미도시)이 연결되도록 가스공급부(15) 및 고주파 전원부(12) 사이에 마련되어 가스공급부(15)로부터 유입되는 공정 가스(gas)의 이동 경로가 되는 가스이동관(미도시)과, 가스이동관(미도시) 및 그 주변 영역을 차폐하는 차폐박스(미도시) 등이 장착되어 있다.
이러한 구성에 의해 가스공급부(15)로부터 공급되는 공정 가스(gas)가 가스유입관(미도시)을 통해 버퍼공간(B)으로 공급될 수 있고, 후방플레이트(41)가 고주파 전원부(12)에 의해 공급되는 고주파 전력에 의해 전극을 띠게 됨으로써 버퍼공간(B)으로 유입된 공정 가스(gas)를 플라즈마화 할 수 있다.
하부 챔버(20)에 대해서 살펴보면, 하부 챔버(20)는, 실질적으로 기판(G)에 대한 증착 공정이 진행되는 부분으로서, 전술한 증착공간(S)이 하부 챔버(20) 내에 형성된다. 이러한 하부 챔버(20)의 외벽에는 소정의 작업 로봇(미도시)에 의해 기판(G)이 증착공간(S) 내외로 출입할 수 있도록 기판출입부(21)가 형성되어 있다. 이러한 기판출입부(21)는 그 주변에 결합된 도어(24)에 의해 선택적으로 개폐된다.
도시하지는 않았지만, 하부 챔버(20) 내의 바닥면 영역에는 증착공간(S)에 존재하는 공정 가스(gas)를 다시 증착공간(S)으로 확산시키는 가스확산판(미도시)이 마련되어 있다.
서셉터(30)는 하부 챔버(20) 내의 증착공간(S)에서 횡 방향으로 배치되어 로딩(loading)되는 기판(G)을 지지한다. 보통은 증착 대상물인 기판(G)의 면적보다 큰 구조물로 형성되며, 서셉터(30)의 상면은 기판(G)이 정밀하게 수평 상태로 로딩될 수 있도록 거의 정반(Surface plate)으로 제조된다.
서셉터(30)의 상면으로 기판(G)이 얹혀지면서 로딩되거나 취출되기 위해 서셉터(30)에는 로딩되거나 취출되는 기판(G)의 하면을 안정적으로 지지하는 복수의 리프트 핀(31, Lift Pin)이 더 구비되어 있다. 리프트 핀(31)들은 서셉터(30)를 관통하도록 서셉터(30)에 설치되어 있다.
이러한 리프트 핀(31)들은 서셉터(30)가 하강할 때, 그 하단이 하부 챔버(20)의 바닥면에 가압되어 상단이 서셉터(30)의 상단으로 돌출된다. 리프트 핀(31)의 돌출된 상단은 기판(G)을 상부로 들어올리게 되고 따라서 기판(G)은 서셉터(30)로부터 이격되게 된다.
반대로, 서셉터(30)가 부상하면, 리프트 핀(31)이 서셉터(30)의 상면에 대해 하방으로 이동하여 기판(G)이 서셉터(30)의 상면에 밀착된다. 즉, 리프트 핀(31)들은 로봇아암(미도시)이 서셉터(30)에 로딩된 기판(G)을 파지할 수 있도록 기판(G)과 서셉터(30) 사이의 공간을 형성하는 역할을 겸한다.
이러한 서셉터(30)에는, 그 상단이 서셉터(30)의 배면 중앙 영역에 고정되고 하단이 하부 챔버(20)를 통해 하방으로 노출되어 서셉터(30)를 승강 가능하게 지지하는 컬럼(32)이 더 결합되어 있다.
한편, 서셉터(30)는 무겁고 사이즈가 크게 되면 이에 의하여 처짐 등이 발생될 수 있는데, 이는 서셉터(30)의 상면에 로딩되는 기판(G)의 처짐 등으로 연계될 수 있다. 이에 본 실시예에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 컬럼(32)의 상부 영역에는 서셉터 지지부(33)가 마련되어 서셉터(30)를 안정적으로 떠받치고 있다. 그러나 본 발명의 권리범위는 이에 제한되지 않으며 서셉터(30)에 처짐이 없는 경우라면 서셉터 지지부(33)는 생략될 수 있다.
서셉터(30)는 하부 챔버(20) 내의 증착공간(S)에서 상하로 승강한다. 즉, 기판(G)이 로딩될 때는 하부 챔버(20) 내의 바닥면 영역에 배치되어 있다가 기판(G)이 서셉터(30)의 상면에 밀착되고 증착 공정이 진행될 때에는 기판(G)이 가스분배판(30)에 인접할 수 있도록 부상한다. 이를 위해, 서셉터(30)에 결합된 컬럼(32)에는 서셉터(30)를 승강시키는 승강 모듈(50)이 더 마련되어 있다.
승강 모듈(50)에 의해 서셉터(30)가 승강하는 과정에서 컬럼(32)과 하부 챔버(20) 사이에 공간이 발생되면 안된다. 따라서 컬럼(32)이 통과하는 하부 챔버(20)의 해당 영역에는 컬럼(32)의 외부를 감싸도록 벨로우즈관(51)이 마련되어 있다. 벨로우즈관(51)은 서셉터(30)가 하강할 때 팽창되고, 서셉터(30)가 부상할 때 압착된다.
이상과 같이 서셉터(30)는 기판(G)이 안정적으로 증착 공정이 진행될 수 있도록 기판(G)을 지지하고 가열하는 부분이다.
기판(G)을 가열하는데 있어 작은 면적의 화학기상증착용 서셉터의 경우 온도 균일도를 맞추는 것은 종래의 히터에 인가되는 전압을 조절하는 것으로 충분하나, 대면적 기판의 경우 히터의 전압을 조절하는 것만으로 기판 전 영역에 걸쳐 균일한 온도로 가열하도록 하는 것은 사실상 불가능하다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 화학기상증착용 서셉터(30)는 이러한 문제점을 고려하여 서셉터(30)의 히팅 구조를 이중구조로 하여 서셉터(30) 표면에 도달하는 전열량을 조절함으로써 서셉터(30) 표면의 온도 균일도를 향상시킬 수 있도록 하고 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화학기상증착용 서셉터의 개략적인 히팅 구조도이다.
이를 참조하면, 서셉터(30)는 기판(G)을 지지하는 서셉터 본체(310)와, 서셉터 본체(310)의 하부에 수용되며 외부 전력의 공급에 의해 발열하는 코일히터(311)와, 코일히터(311) 상부의 서셉터 본체(310)에 수용되며 코일히터(311)로부터 전달되는 열을 흡수하여 발열하는 열전달부재(321)를 포함한다.
서셉터 본체(310)는, 예를 들면 질화 알루미늄이나 세라믹스 또는 석영 등의 비금속 재료로 형성되고, 내부에 수용되는 코일히터(311) 및 열전달부재(321)로부터 열을 전달받아 기판을 가열한다.
코일히터(311)는 서셉터 본체(310)에 형성된 매립홈(310a, 도 7 참조)에 수용되는데, 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
매립홈(310a) 및 이에 수용되는 코일히터(311)는 서셉터 본체(310)의 수평면의 전 영역에 걸쳐 고루 배치될 수 있도록 일정한 형태의 라인패턴으로 마련될 수 있다. 예를 들어 서셉터 본체(310)의 중앙부에 위치하는 한편의 단부로부터 서셉터 본체(310)의 중앙부에 위치하는 다른 한편의 단부까지 이어지는 1개 이상의 라인패턴으로 이루어질 수 있다.
코일히터(311)의 양 단부에는 전력 공급선(미도시)이 접속되며, 전력 공급선을 통하여 전력이 공급되면 코일히터(311)가 발열하게 된다.
코일히터(311)의 발열에 의한 열은 서셉터 본체(310)의 상부면으로 전달된다.
서셉터 본체(310)를 따라 전달되는 열의 양상을 살펴보면, 동일한 재질에서 단위시간당 전도에 의한 전열량은 두께에 반비례하여 나타난다. 즉, 서셉터 본체(310)의 상부면에 도달하는 열은 코일히터(311)와 가장 거리가 가까운 코일히터(311)의 직 상부면이 가장 크며, 코일히터(311)의 열과 열 사이의 상부면에 도달하는 열은 상대적으로 작게 된다.
따라서 코일히터(311)로부터 서셉터 본체(310) 상부면까지의 거리에 따라 도달하는 전열량의 차이가 발생하게 된다. 이는 서셉터 본체(310) 상부면의 온도편차로 나타난다(도 8 참조).
본 실시예에서는 이러한 온도 편차가 발생하는 것을 방지하기 위해 코일히터(311)의 상부에 열전달부재(321)가 마련된다. 여기서 열전달부재(321)는 코일히터(311)와 같이 전력이 공급되어 발열하는 것은 아니나, 코일히터(311)로부터 공급된 열이 흡수된 후 재 발열하게 된다.
본 실시예에서 열전달부재(321)는 코일히터(311)와 동일한 라인패턴을 가지고, 코일히터(311)의 직 상부에 배치되는 금속판재(321)로 마련될 수 있다.
금속판재(321)가 코일히터(311)의 직 상부에 위치하도록 배치되는 경우, 금속판재(321)는 서셉터 본체(310)보다 열전달계수가 낮은 재질로 마련된다.
코일히터(311)의 직 상부는 주변보다 전열량이 큰 부분이므로 금속판재(321)의 재질을 서셉터 본체(310)보다 열전달계수가 낮은 재질을 사용함으로써 서셉터 본체(310)의 표면에 도달하는 전열량을 줄여 온도편차를 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 화학기상증착용 서셉터의 개략적인 히팅 구조도이다.
이를 참조하면, 열전달부재(322)는 코일히터(311)의 열과 열 사이의 상부에 배치되는 금속판재(322)로 마련된다. 이 경우 금속판재(322)의 재질은 서셉터 본체(310)보다 열전달계수가 높은 재질로 마련된다.
서셉터 본체(310)보다 열전달계수가 높은 재질 금속판재(322)를 사용하여 코일히터(311)의 열과 열 사이의 전열량을 높임으로써 코일히터(311)의 직 상방으로 전달되는 전열량과의 편차를 줄일 수 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 화학기상증착용 서셉터의 개략적인 히팅 구조도이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 열전달부재(323)는 코일히터(311)의 직 상부에 마련된 복사홀(323)로 마련된다. 복사홀(322a)에서는 코일히터(311)로부터 전달된 열이 복사되어 서셉터 본체(310) 상부로 전달된다.
복사에 의한 열전달은 전도에 의한 열전달에 비하여 전열량이 작으므로, 코일히터(311)의 직 상부에 복사홀(323)을 배치하여 전열량을 줄이면 코일히터(311)의 열과 열 사이로 전달되는 전열량과의 편차를 줄일 수 있다.
도 4의 (b)는 복사홀(323)을 형성하는 다른 방법을 도시한 것으로, 서셉터 본체(310)를 분리한 후, 분리된 서셉터 본체(310)의 어느 하나의 표면에 요홈을 코일히터(311)의 라인패턴과 같은 형태로 형성하고, 분리된 서셉터 본체(310)를 다시 접착시키면 복사홀(323)을 서셉터 본체(310) 내에 용이하게 형성시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 화학기상증착용 서셉터의 개략적인 히팅 구조도이다.
이를 참조하면, 열전달부재(322, 323)는 코일히터(311)의 상부에 금속판재(322)와 복사홀(323)이 함께 배치된 형태로 마련된다.
복사홀(323)은 코일히터(311)의 열을 따라 직 상부에 배치되고, 금속판재(322)는 복사홀(323)과 복사홀(323) 사이, 즉, 코일히터(311)의 열과 열 사이의 직 상부에 배치된다. 이때 열전달부재(322)는 서셉터 본체(310)의 비하여 열전달계수가 더 큰 재질로 마련된다.
이와 같이 서셉터 본체(310)에 비하여 전열량을 줄이는 복사홀(323)과 서셉터 본체(310)에 비하여 전열량을 높이는 금속판재(322)를 코일히터(311)의 라인패턴에 맞추어 교대로 배치하면 서셉터 본체(310) 상부 표면의 온도 균일도를 더 높일 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 화학기상증착용 서셉터의 개략적인 히팅 구조도이다.
이를 참조하면, 본 실시예에서 코일히터(312)는 높낮이를 달리하는 두 개의 코일히터 패턴(312a, 312b)으로 마련된다.
높은 위치에 있는 코일히터 패턴(312a)과 낮은 위치에 있는 코일히터 패턴(312b)은 각각 전류량이 개별적으로 조절되도록 하여 서셉터 본체(310) 표면의 온도 편차를 조절할 수 있다.
이에 대하여 좀 더 자세히 설명하면, 코일히터(312)를 통해 전달되는 열은 동심원 형태로 전달되므로 서셉터 본체(310)의 상부 표면에서는 동심원과 동심원이 만나면서 만들어지는 일정한 파형의 전열량 곡선이 만들어진다. 이는 일종의 온도 편차를 나타내는 곡선이다.
도 6에서 높은 위치에 있는 코일히터 패턴(312a)에 비하여 낮은 위치에 있는 코일히터 패턴(312b)에 더 높은 전류량을 인가하면, 서셉터 본체(310)의 표면에서는 낮은 위치에 있는 코일히터 패턴(312b)이 만드는 상대적으로 큰 동심원과 높은 위치에 있는 코일히터 패턴(312a)이 만드는 작은 동심원이 만나 전열량 파형이 만들어지게 된다.
이러한 전열량 파형은 동일 높이의 코일히터(311)가 만드는 전열량의 파형에 비하여 파고가 작은 완만한 형태가 된다. 즉, 서셉터 본체(310) 상부면에서의 전열량 편차를 줄일 수 있게 된다.
이때 낮은 위치에 있는 코일히터 패턴(312b)의 직 상부에 전열량을 높일 수 있도록 서셉터 본체(310)에 비하여 열전달계수가 높은 열전달부재(321)를 배치하여 전열량을 조절하면, 서셉터 본체(310) 표면에서의 온도편차를 더 줄일 수 있다.
도 7은 코일히터와 서셉터 본체와의 결합 형태를 나타낸 구조도이다.
이를 참조하면, 코일히터(311, 312)는 전술한 바와 같이, 매립홈(310a)에 삽입되고, 코일히터(311, 312)의 상부에 인서트(311b)와 인서트홀더(311c)가 차례로 삽입된다.
코일히터(311, 312)와 매립홈(310a) 사이의 간극에는 서셉터 본체(310)보다 열전도도가 높은 물질 예를 들어 구리 등의 분말(311a) 삽입하여 간극에 의해 열전도 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 인서트(311b)는 서셉터 본체(310)보다 열팽창율이 높은 물질을 사용하여 코일히터(311, 312)가 발열할 때 자연스럽게 팽창하도록 하여 매립홈(310a)과 인서트(311b)의 결합력을 증가시킬 수 있다.
이상에서 설명한 서셉터(30)의 히팅 구조에 의해 달성되는 서셉터 본체(310) 표면에서의 온도 균일도 향상 효과는 다음과 같은 시뮬레이션 데이터를 통해서 확인할 수 있다.
도 8은 코일히터 만이 구비된 경우 서셉터 본체의 전열량을 나타내는 시뮬레이션 데이터이고, 도 9는 제1 실시예에 따른 서셉터 본체의 전열량을 나타내는 시뮬레이션 데이터이며, 도 10은 제3 실시예에 따른 서셉터 본체의 전열량을 나타내는 시뮬레이션 데이터이고, 도 11은 도 8 내지 도 10의 온도분포 곡선을 나타내는 시뮬레이션 데이터이다.
먼저, 도 8을 참조하여 코일히터(311) 만이 구비된 상태에서의 전열량을 살펴보면, 서셉터 본체(310)의 동일 높이에서의 온도를 기준으로 할 때 코일히터(311)의 직 상방에서의 온도가 가장 높으며, 코일히터(311)의 열과 열 사이는 상부는 상대적으로 낮은 것을 알 수 있다. 즉, 온도분포 곡선은 도 11에서와 같이 볼록한 형태의 2차원 곡선을 나타낸다. 이러한 온도분포는 서셉터 본체(310) 표면에서 온도편차로 나타나고, 이는 기판(G)을 부등 가열하여 증착 품질을 떨어뜨리는 원인이 된다.
도 9를 참조하면, 열전달부재(321)가 코일히터(311)의 직 상방에 위치한 경우로서, 열전달부재(321)에 의해 서셉터 본체(310)의 동일 높이에서의 온도편차가 줄어든 것을 알 수 있다. 이때의 열전달부재(321)는 서셉터 본체(310)에 비하여 열전달계수가 작은 재질이다.
이를 도 11을 통해 다시 확인하면, 적색의 온도분포 곡선이 흑색의 온도분포 곡선에 비하여 완만한 형태를 하고 있으며, 이는 수치상으로 온도편차가 약 6.5% 개선된 것임을 알 수 있다.
도 10의 시뮬레이션 데이터를 살펴보면, 코일히터(311)의 직 상부에 복사홀(323)이 구비된 경우에도 온도편차가 줄어든 것을 확인할 수 있다. 도 11에 나타난 바와 같이 청색의 온도분포 곡선은 흑색의 온도분포 곡선에 비하여 완만한 기울기를 나타내며, 이는 수치상으로 온도편차가 약 17.1% 정도 개선된 것임을 알 수 있다.
만일 시뮬레이션 데이터로부터 여전히 온도편차가 만족할 만한 수준으로 감소하지 않는 영역이 나타난다면, 열전달부재(321, 322, 323)의 배치와 크기 모양을 변형하여 전열량을 조절함으로써 온도편차를 낮출 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1: 화학기상증착장치 10: 상부 챔버
20: 하부 챔버 30: 서셉터
310: 서셉터 본체 311, 312: 코일히터
321, 322, 323: 열전달부재

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 피처리 기판을 지지하고 가열하는 서셉터 본체;
    상기 서셉터 본체의 하부에 수용되며, 외부 전력의 공급에 의해 발열하는 코일히터; 및
    상기 코일히터 상부의 상기 서셉터 본체에 수용되며, 상기 코일히터로부터 전달되는 열을 상기 서섭터 본체의 상부면으로 전달하는 열전달부재를 포함하며,
    상기 열전달부재는,
    상기 코일히터의 라인패턴을 따라 직 상부에 마련되되, 상기 서셉터 본체에 비하여 열전달계수가 작은 재질의 금속판재로 마련되는 화학기상증착용 서셉터.
  3. 피처리 기판을 지지하고 가열하는 서셉터 본체;
    상기 서셉터 본체의 하부에 수용되며, 외부 전력의 공급에 의해 발열하는 코일히터; 및
    상기 코일히터 상부의 상기 서셉터 본체에 수용되며, 상기 코일히터로부터 전달되는 열을 상기 서섭터 본체의 상부면으로 전달하는 열전달부재를 포함하며,
    상기 열전달부재는,
    상기 코일히터의 열과 열 사이의 상부에 마련되되, 상기 서셉터 본체에 비하여 열전달계수가 큰 재질의 금속판재로 마련되는 화학기상증착용 서셉터.
  4. 삭제
  5. 피처리 기판을 지지하고 가열하는 서셉터 본체;
    상기 서셉터 본체의 하부에 수용되며, 외부 전력의 공급에 의해 발열하는 코일히터; 및
    상기 코일히터 상부의 상기 서셉터 본체에 수용되며, 상기 코일히터로부터 전달되는 열을 상기 서섭터 본체의 상부면으로 전달하는 열전달부재를 포함하며,
    상기 열전달부재는,
    상기 코일히터의 직 상부에 배치되어 상기 코일히터로부터 전달되는 열을 상기 서셉터 본체에 열복사를 통해 전달하는 복사홀; 및
    상기 복사홀 사이에 배치되며, 상기 서셉터 본체에 비하여 열전달계수가 큰 재질의 금속판재로 마련되는 화학기상증착용 서셉터.
  6. 제2항, 제3항 또는 제5항에 있어서,
    상기 서셉터 본체에 마련되는 매립홀에 상기 코일히터가 삽입되고,
    인서트가 상기 코일히터와 상기 매립홀 사이에 개재되어 상기 코일히터를 고정하고,
    인서트 홀더가 상기 인서트의 상부에 삽입되어 상기 인서트를 고정하는 화학기상증착용 서셉터.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 인서트는 상기 서셉터 본체에 비하여 열팽창계수가 큰 재질로 마련되는 화학기상증착용 서셉터.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 코일히터와 상기 매립홀 사이의 간극에 삽입되는 분말을 더 포함하되, 상기 분말은 상기 서셉터 본체에 비하여 열전도도가 큰 재질로 마련되는 화학기상증착용 서셉터.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 피처리 기판에 대한 증착공정이 진행되는 챔버; 및
    상기 챔버의 내부로 로딩되는 상기 기판을 지지하고 가열하는 제2항, 제3항 또는 제5항에 따른 서셉터를 포함하는 화학기상증착장치.
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